Waad ku mahadsan tahay booqashada Nature.com. Nooca biraawsarka aad isticmaaleyso wuxuu leeyahay taageero CSS oo xaddidan. Natiijooyinka ugu fiican, waxaan kugula talineynaa inaad isticmaasho nooc cusub oo biraawsarkaaga ah (ama aad joojiso Habka La-qabsiga ee Internet Explorer). Dhanka kale, si loo hubiyo taageerada socota, waxaan soo bandhigaynaa goobta iyada oo aan la isticmaalin qaabeyn ama JavaScript.
Filimada garaafka Nanoscale (NGFs) waa walxo nano ah oo adag oo laga soo saari karo kaydka uumiga kiimikada ee catalytic, laakiin su'aalo ayaa weli ku saabsan fududaynta wareejinta iyo sida qaab-dhismeedka dusha sare u saameeyo isticmaalkooda aaladaha jiilka soo socda. Halkan waxaan ku soo sheegaynaa koritaanka NGF labada dhinac ee foil nikkel polycrystalline ah (aagga 55 cm2, dhumucdiisuna waa qiyaastii 100 nm) iyo wareejinta aan polymer-ka lahayn (hore iyo gadaal, aagga ilaa 6 cm2). Sababtoo ah qaab-dhismeedka foil-ka catalyst-ka, labada filim ee kaarboon way ku kala duwan yihiin sifooyinkooda jireed iyo astaamo kale (sida qallafsanaanta dusha sare). Waxaan muujineynaa in NGF-yada leh dhinaca dambe ee qallafsan ay si fiican ugu habboon yihiin ogaanshaha NO2, halka NGF-yada siman iyo kuwa gudbiya ee dhinaca hore (2000 S/cm, iska caabbinta xaashida - 50 ohms/m2) ay noqon karaan kuwa gudbiya. kanaalka ama elektroodka unugyada qorraxda (maadaama ay gudbiso 62% iftiinka muuqda). Guud ahaan, hababka koritaanka iyo gaadiidka ee la sharraxay waxay gacan ka geysan karaan xaqiijinta NGF oo ah walxo kale oo kaarboon ah oo loogu talagalay codsiyada tignoolajiyada halkaas oo filimada graphene iyo micron-thick graphite aysan ku habboonayn.
Graphite waa walax warshadeed oo si weyn loo isticmaalo. Si gaar ah, garaafitku wuxuu leeyahay sifooyin cufnaanta cufnaanta yar iyo kulaylka iyo korontada oo sare oo ku jira hawada sare, waana mid aad u deggan jawiga kulul iyo kiimikada ee adag1,2. Graafitka Flake waa walax bilow ah oo caan ah oo loogu talagalay cilmi-baarista graphene3. Marka loo farsameeyo filimaan khafiif ah, waxaa loo isticmaali karaa codsiyo kala duwan, oo ay ku jiraan saxannada kulaylka ee aaladaha elektaroonigga ah sida taleefannada casriga ah4,5,6,7, oo ah walax firfircoon oo ku jirta dareemayaasha8,9,10 iyo ilaalinta faragelinta elektromagnetic11. 12 iyo filimaan loogu talagalay lithography ee ultraviolet-ka aadka u daran13,14, oo sameeya kanaallo unugyada qorraxda15,16. Dhammaan codsiyadan, waxay noqon lahayd faa'iido weyn haddii meelaha waaweyn ee filimada garaafitka (NGFs) oo leh dhumucda lagu xakameeyo nanoscale <100 nm si fudud loo soo saari karo oo loo qaadi karo.
Filimada Graphite waxaa lagu soo saaraa habab kala duwan. Hal kiis, ku-xidhka iyo ballaarinta oo ay ku xigto xoqidda ayaa loo isticmaalay in lagu soo saaro jajabyada graphene10,11,17. Jajabyada waa in si dheeraad ah loogu farsameeyaa filimaan dhumucdoodu u baahan tahay, waxayna inta badan qaadataa dhowr maalmood in la soo saaro xaashiyo graphite cufan. Hab kale ayaa ah in lagu bilaabo horudhacyo adag oo garaafayn kara. Warshadaha, xaashiyada polymers-ka waxaa lagu shubaa kaarboon (1000–1500 °C) ka dibna lagu dhejiyaa garaafiti (2800–3200 °C) si loo sameeyo agab lakabaysan oo si fiican loo qaabeeyey. Inkasta oo tayada filimadani ay sarreyso, isticmaalka tamarta waa muhiim1,18,19 dhumucda ugu yarna waxay ku kooban tahay dhowr microns1,18,19,20.
Kaydinta uumiga kiimikada ee Catalytic (CVD) waa hab caan ah oo lagu soo saaro filimada graphene iyo ultrathin graphite (<10 nm) oo leh tayo sare oo qaab-dhismeed iyo kharash macquul ah21,22,23,24,25,26,27. Si kastaba ha ahaatee, marka la barbar dhigo kobaca filimada graphene iyo ultrathin graphite28, koritaanka baaxadda weyn iyo/ama codsiga NGF iyadoo la adeegsanayo CVD xitaa waa ka yar yahay sahanka11,13,29,30,31,32,33.
Filimada Graphene iyo Graphite ee CVD-ku beero badanaa waxay u baahan yihiin in loo wareejiyo substrate-ka shaqeynaya34. Wareejintan filimka khafiifka ah waxay ku lug leedahay laba hab oo waaweyn35: (1) wareejinta aan etch ahayn36,37 iyo (2) wareejinta kiimikada qoyan ee ku salaysan etch (substrate-ka la taageeray)14,34,38. Hab kastaa wuxuu leeyahay faa'iidooyin iyo khasaarooyin qaar waana in la doortaa iyadoo ku xiran codsiga loogu talagalay, sida lagu sharaxay meel kale35,39. Filimada graphene/graphite ee lagu beero substrate-ka catalytic-ga, wareejinta iyada oo loo marayo hababka kiimikada qoyan (oo polymethyl methacrylate (PMMA) ay tahay lakabka taageerada ugu badan ee la isticmaalo) ayaa weli ah doorashada koowaad13,30,34,38,40,41,42. Adiga iyo kuwa kale. Waxaa la sheegay in aan wax polymer ah loo isticmaalin wareejinta NGF (cabbirka muunadda qiyaastii 4 cm2)25,43, laakiin wax faahfaahin ah lagama bixin oo ku saabsan xasilloonida muunadda iyo/ama maaraynta inta lagu jiro wareejinta; Hawsha kiimikada qoyan ee la adeegsanayo polymers-ka waxay ka kooban tahay dhowr tallaabo, oo ay ku jiraan codsiga iyo ka saarista dambe ee lakabka polymer-ka ee allabaryada ah30,38,40,41,42. Hawshani waxay leedahay khasaarooyin: tusaale ahaan, haraaga polymer-ka ayaa beddeli kara sifooyinka filimka koray38. Habaynta dheeraadka ah waxay ka saari kartaa polymer-ka haray, laakiin tallaabooyinkan dheeraadka ah waxay kordhinayaan kharashka iyo waqtiga wax soo saarka filimka38,40. Inta lagu jiro koritaanka CVD, lakab graphene ah ayaa lagu shubaa ma aha oo kaliya dhinaca hore ee foil-ka kiciyaha (dhinaca u jeeda socodka uumiga), laakiin sidoo kale dhinaca dambe. Si kastaba ha ahaatee, kan dambe waxaa loo arkaa wax soo saar qashin ah waxaana si dhakhso ah looga saari karaa plasma jilicsan38,41. Dib-u-warshadaynta filimkan waxay gacan ka geysan kartaa kordhinta wax soo saarka, xitaa haddii uu ka tayo hooseeyo filimka kaarboonka wejiga.
Halkan, waxaan ku soo sheegaynaa diyaarinta kobaca laba-geesoodka ah ee NGF oo leh tayo sare oo qaab-dhismeed ah oo ku taal foil-ka nikkel-ka polycrystalline ee CVD. Waxaa la qiimeeyay sida qallafsanaanta dusha sare ee hore iyo gadaal ee foil-ku u saameeyo qaab-dhismeedka iyo qaab-dhismeedka NGF. Waxaan sidoo kale muujineynaa wareejinta aan polymer-ka ahayn ee NGF ee labada dhinac ee foil-ka nikkel-ka u gudubto substrate-yada badan leh waxaanan tusinaynaa sida filimada hore iyo gadaalba ay ugu habboon yihiin codsiyada kala duwan.
Qaybaha soo socda waxay ka hadlayaan dhumucda filimka garaafka ee kala duwan iyadoo ku xiran tirada lakabyada garaafka ee la dul saaray: (i) garaafka lakabka ah ee hal lakab (SLG, 1 lakab), (ii) garaafka lakabka ah ee yar (FLG, < 10 lakab), (iii) garaafka lakabka badan (MLG, 10-30 lakab) iyo (iv) NGF (~ 300 lakab). Kan dambe waa dhumucda ugu badan ee lagu muujiyo boqolkiiba bedka (qiyaastii 97% bedka 100 µm2)30. Taasi waa sababta filimka oo dhan si fudud loogu yeero NGF.
Fooliyada nikkelka ee polycrystalline-ka ah ee loo isticmaalo isku-darka filimada graphene iyo graphite waxay leeyihiin qaabab kala duwan natiijada soo-saarkooda iyo habayntooda xigta. Dhawaan waxaan soo sheegnay daraasad si loo wanaajiyo habka koritaanka NGF30. Waxaan tusinaynaa in xuduudaha habka sida waqtiga daadinta iyo cadaadiska qolka inta lagu jiro marxaladda koritaanka ay door muhiim ah ka ciyaaraan helitaanka NGF-yada dhumucdoodu isku mid tahay. Halkan, waxaan si dheeraad ah u baarnay koritaanka NGF ee dusha sare ee la safeeyey (FS) iyo dusha sare ee aan la safayn (BS) ee nikkelka (Jaantuska 1a). Saddex nooc oo muunado ah oo FS iyo BS ah ayaa la baaray, kuwaas oo ku taxan Jadwalka 1. Marka la eego kormeerka muuqaalka, kobaca isku midka ah ee NGF ee labada dhinac ee nikkelka (NiAG) waxaa lagu arki karaa isbeddelka midabka ee substrate-ka Ni ee ugu badan laga bilaabo cawl bir ah oo sifo leh u ah ilaa midab cawl matte ah (Jaantuska 1a); cabbiraadaha yar yar ayaa la xaqiijiyay (Jaantuska 1b, c). Muuqaal Raman oo caadi ah oo FS-NGF ah oo lagu arkay gobolka dhalaalaya oo lagu tilmaamay fallaadho casaan, buluug iyo oranji ah oo ku jira Jaantuska 1b ayaa lagu muujiyay Jaantuska 1c. Meelaha ugu sarreeya ee Raman ee graphite G (1683 cm−1) iyo 2D (2696 cm−1) waxay xaqiijinayaan koritaanka NGF-ga aadka u kiristaalka ah (Jaantuska 1c, Shaxda SI1). Filimka oo dhan, waxaa la arkay inta badan spectra-ga Raman oo leh saamiga xoogga (I2D/IG) ~0.3, halka spectra-ga Raman oo leh I2D/IG = 0.8 si dhif ah loo arkay. Maqnaanshaha meelaha ugu sarreeya ee cilladaysan (D = 1350 cm-1) ee filimka oo dhan waxay muujinaysaa tayada sare ee koritaanka NGF. Natiijooyin la mid ah Raman ayaa laga helay muunadda BS-NGF (Jaantuska SI1 a iyo b, Shaxda SI1).
Isbarbardhigga NiAG FS- iyo BS-NGF: (a) Sawirka muunadda caadiga ah ee NGF (NiAG) oo muujinaysa koritaanka NGF ee miisaanka wafer-ka (55 cm2) iyo muunadaha foil-ka BS- iyo FS-Ni ee ka dhashay, (b) Sawirro FS-NGF/ Ni oo laga helay mikroskoobo indho-indheyn ah, (c) muuqaallada Raman ee caadiga ah oo lagu duubay boosas kala duwan oo ku jira guddiga b, (d, f) Sawirrada SEM ee weynaynta kala duwan ee FS-NGF/Ni, (e, g) Sawirrada SEM ee weynaynta kala duwan Qaybaha BS -NGF/Ni. Fallaadha buluugga ah waxay tilmaamaysaa gobolka FLG, fallaadha oranjiguna waxay tilmaamaysaa gobolka MLG (meel u dhow gobolka FLG), fallaadha cas waxay tilmaamaysaa gobolka NGF, fallaadha magenta-na waxay tilmaamaysaa laalaab.
Maadaama koritaanku uu ku xiran yahay dhumucda substrate-ka bilowga ah, cabbirka kiristaalka, jihada, iyo xuduudaha hadhuudhka, gaarista xakamaynta macquulka ah ee dhumucda NGF ee meelaha waaweyn ayaa weli ah caqabad20,34,44. Daraasaddani waxay isticmaashay waxyaabaha aan hore u daabacnay30. Habkani wuxuu soo saaraa gobol dhalaalaya oo ah 0.1 ilaa 3% 100 µm230 kasta. Qaybaha soo socda, waxaan ku soo bandhigaynaa natiijooyinka labada nooc ee gobollada. Sawirrada SEM ee weynaynta sare waxay muujinayaan joogitaanka dhowr meelood oo kala duwanaansho dhalaalaya labada dhinac (Jaantuska 1f,g), taasoo muujinaysa joogitaanka gobollada FLG iyo MLG30,45. Tan waxaa sidoo kale xaqiijiyay kala firdhinta Raman (Jaantuska 1c) iyo natiijooyinka TEM (oo laga wada hadlay qaybta dambe ee "FS-NGF: qaab-dhismeedka iyo sifooyinka"). Gobollada FLG iyo MLG ee lagu arkay muunadaha FS- iyo BS-NGF/Ni (NGF hore iyo gadaal lagu beeray Ni) ayaa laga yaabaa inay ku koraan badarka waaweyn ee Ni(111) ee la sameeyay inta lagu jiro kahor-qaboojinta22,30,45. Laablaab ayaa lagu arkay labada dhinac (Jaantuska 1b, oo lagu calaamadeeyay fallaadho guduudan). Laablaabyadan waxaa badanaa laga helaa filimada graphene iyo graphite ee CVD-ku koriyo sababtoo ah farqiga weyn ee isku-dhafka ballaarinta kulaylka ee u dhexeeya graphite iyo substrate nickel30,38.
Sawirka AFM wuxuu xaqiijiyay in muunadda FS-NGF ay ka siman tahay muunadda BS-NGF (Jaantuska SI1) (Jaantuska SI2). Qiimaha qallafsanaanta xididka ee afargeeslaha ah (RMS) ee FS-NGF/Ni (Jaantuska SI2c) iyo BS-NGF/Ni (Jaantuska SI2d) waa 82 iyo 200 nm, siday u kala horreeyaan (waxaa lagu cabbiray meel 20 × 20 μm2 ah). Qalafsanaanta sare waxaa lagu fahmi karaa iyadoo lagu saleynayo falanqaynta dusha sare ee foil-ka nikkel (NiAR) ee xaaladda la helay (Jaantuska SI3). Sawirada SEM ee FS iyo BS-NiAR waxaa lagu muujiyay Jaantusyada SI3a–d, iyagoo muujinaya qaab-dhismeedka dusha sare ee kala duwan: foil-ka FS-Ni ee la safeeyey wuxuu leeyahay walxo wareegsan oo nano- iyo micron ah, halka foil-ka BS-Ni ee aan la safayn uu muujinayo jaranjaro wax soo saar ah. sida walxo leh xoog sare. iyo hoos u dhac. Sawirrada xallinta hoose iyo sare ee foil-ka nikkel ee la annealed (NiA) waxaa lagu muujiyay Jaantuska SI3e–h. Tirooyinkan, waxaan ku arki karnaa jiritaanka dhowr walxood oo nikkel ah oo cabbirkoodu yahay micron labada dhinac ee foil-ka nikkel (Jaantuska SI3e-h). Midhaha waaweyn waxay yeelan karaan jihada dusha sare ee Ni(111), sida hore loo soo sheegay30,46. Waxaa jira farqi weyn oo ku saabsan qaab-dhismeedka foil-ka nikkel ee u dhexeeya FS-NiA iyo BS-NiA. Qalafsanaanta sare ee BS-NGF/Ni waxaa sabab u ah dusha sare ee aan la safayn ee BS-NiAR, kaas oo dusha sare uu weli aad u qallafsan yahay xitaa ka dib marka la nadiifiyo (Jaantuska SI3). Noocan ah astaamaha dusha sare ka hor habka koritaanka wuxuu u oggolaanayaa in la xakameeyo qallafsanaanta filimada graphene iyo graphite. Waa in la ogaadaa in substrate-ka asalka ah uu maray dib-u-habayn qaar ka mid ah hadhuudhka inta lagu jiro koritaanka graphene, kaas oo si yar hoos u dhigay cabbirka hadhuudhka oo si yar u kordhiyay qallafsanaanta dusha sare ee substrate-ka marka la barbar dhigo foil-ka la jarjaray iyo filimka kiciyaha22.
Hagaajinta qallafsanaanta dusha sare ee substrate-ka, waqtiga xoqidda (cabirka hadhuudhka)30,47 iyo xakamaynta sii deynta43 waxay gacan ka geysan doontaa yareynta isku-dhafka dhumucda NGF ee gobolka ilaa miisaanka µm2 iyo/ama xitaa nm2 (tusaale ahaan, kala duwanaanshaha dhumucda dhowr nanometer). Si loo xakameeyo qallafsanaanta dusha sare ee substrate-ka, hababka sida nadiifinta elektrolytic ee foil nickel-ka ka dhasha ayaa la tixgelin karaa48. Fool nickel ah oo hore loo daaweeyay ayaa markaa lagu xoqi karaa heerkul hoose (< 900 °C) 46 iyo waqtiga (< 5 daqiiqo) si looga fogaado sameynta badarka Ni(111) ee waaweyn (taas oo faa'iido u leh koritaanka FLG).
Graphene-ka SLG iyo FLG ma awoodaan inay u adkeystaan xiisadda dusha sare ee asiidhyada iyo biyaha, taasoo u baahan lakab taageero farsamo inta lagu jiro hababka wareejinta kiimikada qoyan22,34,38. Si ka duwan wareejinta kiimikada qoyan ee graphene38 ee hal-lakab ah oo polymer-ku taageero, waxaan ogaanay in labada dhinac ee NGF-ga sida koray la wareejin karo iyada oo aan la helin taageero polymer, sida ku cad Jaantuska 2a (fiiri Jaantuska SI4a si aad u hesho faahfaahin dheeraad ah). U wareejinta NGF substrate-ka la bixiyay waxay ka bilaabataa xoqid qoyan oo filimka hoose ee Ni30.49. Shaybaarada NGF/Ni/NGF ee koray waxaa la dhigay habeenkii 15 mL oo ah 70% HNO3 oo lagu qasi jiray 600 mL oo biyo ah oo la baabi'iyay (DI). Ka dib marka foil-ka Ni uu si buuxda u milmo, FS-NGF wuxuu ahaanayaa mid siman oo wuxuu dul sabeeyaa dusha sare ee dareeraha, sida muunadda NGF/Ni/NGF, halka BS-NGF lagu dhex quuso biyo (Jaantuska 2a,b). Dabadeed NGF-kii go'doonsanaa ayaa laga wareejiyay hal weel oo ay ku jiraan biyo cusub oo la miiray una wareejiyay weel kale, NGF-kii go'doonsanaana si fiican ayaa loo dhaqay, iyadoo afar ilaa lix jeer lagu celcelinayo saxanka galaaska ee qaloocan. Ugu dambeyntii, FS-NGF iyo BS-NGF ayaa la saaray substrate-ka la rabay (Jaantuska 2c).
Habka wareejinta kiimikada qoyan ee aan polymer-ka lahayn ee NGF ee lagu beero foil nikkel: (a) Jaantuska socodka habka (fiiri Jaantuska SI4 si aad u hesho faahfaahin dheeraad ah), (b) Sawir dijitaal ah oo NGF kala go'an ka dib markii la qodo Ni (2 muunad), (c) Tusaale ahaan FS - iyo BS-NGF oo loo wareejiyo substrate-ka SiO2/Si, (d) FS-NGF oo loo wareejiyo substrate-ka polymer-ka ee aan muuqan, (e) BS-NGF oo laga keenay isla muunadda loo yaqaan d (oo loo qaybiyay laba qaybood), oo loo wareejiyay warqad C oo dahab lagu dahaadhay iyo Nafion (substrate hufan oo dabacsan, geesaha oo lagu calaamadeeyay geeso cas).
Ogsoonow in wareejinta SLG ee lagu sameeyay hababka wareejinta kiimikada qoyan ay u baahan tahay waqti guud oo ah 20-24 saacadood 38. Iyada oo la adeegsanayo farsamada wareejinta aan polymer-ka lahayn ee halkan lagu muujiyay (Jaantuska SI4a), waqtiga guud ee wareejinta NGF si weyn ayaa loo dhimay (qiyaastii 15 saacadood). Hawshu waxay ka kooban tahay: (Tallaabada 1) Diyaari xal xoqid ah oo muunadda geli (~10 daqiiqo), ka dibna sug habeenkii ilaa Ni etching (~7200 daqiiqo), (Tallaabada 2) Ku raaci biyo la dhalaaliyay (Tallaabada - 3). ku kaydi biyo la dhalaaliyay ama u wareeji substrate-ka bartilmaameedka ah (20 daqiiqo). Biyaha ku xayiran inta u dhaxaysa NGF iyo matrix-ka guud waxaa laga saaraa ficil xidid (iyadoo la isticmaalayo warqad xoqid ah)38, ka dibna dhibcaha biyaha ee haray waxaa laga saaraa qalajinta dabiiciga ah (qiyaastii 30 daqiiqo), ugu dambayntiina muunadda waxaa lagu qalajiyaa 10 daqiiqo. daqiiqo foorno faaruq ah (10-1 mbar) heerkul ah 50-90 °C (60 daqiiqo) 38.
Graphite waxaa loo yaqaanaa inuu u adkeysto joogitaanka biyaha iyo hawada heerkul aad u sarreeya (≥ 200 °C) 50,51,52. Waxaan tijaabinay muunado iyadoo la adeegsanayo Raman spectroscopy, SEM, iyo XRD ka dib markii lagu kaydiyay biyaha la kala diray heerkulka qolka iyo dhalooyinka la xiray muddo laga bilaabo dhowr maalmood ilaa hal sano ah (Jaantuska SI4). Ma jiro wax burbur ah oo la dareemi karo. Jaantuska 2c wuxuu muujinayaa FS-NGF iyo BS-NGF oo is-taagan oo ku jira biyaha la kala diray. Waxaan ku qabanay substrate SiO2 (300 nm)/Si, sida lagu muujiyay bilowga Jaantuska 2c. Intaa waxaa dheer, sida lagu muujiyay Jaantuska 2d,e, NGF joogto ah ayaa loo wareejin karaa substrates kala duwan sida polymers (Thermabright polyamide oo ka yimid Nexolve iyo Nafion) iyo warqad kaarboon oo dahab ah. FS-NGF-ga sabeynaya si fudud ayaa loogu dhejiyay substrate-ka bartilmaameedka ah (Jaantuska 2c, d). Si kastaba ha ahaatee, muunado BS-NGF oo ka weyn 3 cm2 way adkeyd in la maareeyo marka si buuxda loogu dhex geliyo biyaha. Badanaa, marka ay bilaabaan inay ku rogrogaan biyaha, iyadoo ay ugu wacan tahay maaraynta taxaddar la'aanta ah waxay mararka qaarkood u kala jabaan laba ama saddex qaybood (Jaantuska 2e). Guud ahaan, waxaan awoodnay inaan gaarno wareejinta aan polymer-ka lahayn ee PS- iyo BS-NGF (wareejin aan kala go 'lahayn oo aan lahayn koritaanka NGF/Ni/NGF ee 6 cm2) muunado ilaa 6 iyo 3 cm2 aagga, siday u kala horreeyaan. Qayb kasta oo waaweyn ama yar oo harsan waxaa lagu arki karaa (si fudud loogu arki karo xalka xoqidda ama biyaha la miiray) substrate-ka la rabo (~1 mm2, Jaantuska SI4b, eeg muunadda loo wareejiyay shabagga naxaasta sida ku xusan "FS-NGF: Qaab-dhismeedka iyo Astaamaha (lagu falanqeeyay) hoos "Qaab-dhismeedka iyo Astaamaha") ama u kaydi isticmaalka mustaqbalka (Jaantuska SI4). Iyada oo ku saleysan shuruudahan, waxaan qiyaaseynaa in NGF lagu soo celin karo wax soo saar ilaa 98-99% (ka dib kobaca wareejinta).
Shaybaarada wareejinta ee aan lahayn polymer ayaa si faahfaahsan loo falanqeeyay. Astaamaha qaab-dhismeedka dusha sare ee laga helay FS- iyo BS-NGF/SiO2/Si (Jaantuska 2c) iyadoo la adeegsanayo mikroskoobka indhaha (OM) iyo sawirrada SEM (Jaantuska SI5 iyo Sawirka 3) waxay muujiyeen in muunadahaan la wareejiyay iyada oo aan la isticmaalin mikroskoob. Dhaawaca qaab-dhismeedka muuqda sida dildilaaca, godadka, ama meelaha aan la duubin. Laalaabyada ku yaal NGF-ga sii kordhaya (Jaantuska 3b, d, oo lagu calaamadeeyay fallaadho guduudan) waxay ahaayeen kuwo aan waxba tarayn ka dib wareejinta. Labada FS- iyo BS-NGF waxay ka kooban yihiin gobollada FLG (gobolada dhalaalaya ee lagu tilmaamay fallaadhaha buluugga ah ee Shaxda 3). Waxaa la yaab leh, marka la barbardhigo gobollada yar ee dhaawacan ee sida caadiga ah lagu arko inta lagu jiro wareejinta polymer-ka ee filimada garaafka aadka u khafiifka ah, dhowr gobol oo FLG iyo MLG ah oo cabbirkoodu yar yahay oo ku xiran NGF (oo lagu calaamadeeyay fallaadho buluug ah Jaantuska 3d) ayaa la wareejiyay iyada oo aan lahayn dildilaac ama jabitaan (Jaantuska 3d). 3). Daacadnimada farsamada ayaa si dheeraad ah loo xaqiijiyay iyadoo la adeegsanayo sawirrada TEM iyo SEM ee NGF oo loo wareejiyay shabagyada naxaasta ah ee kaarboon-kaarboon, sida laga soo xigtay mar dambe ("FS-NGF: Qaab-dhismeedka iyo Astaamaha"). BS-NGF/SiO2/Si ee la wareejiyay ayaa ka qallafsan FS-NGF/SiO2/Si oo leh qiimayaasha rms ee 140 nm iyo 17 nm, siday u kala horreeyaan, sida lagu muujiyey Jaantuska SI6a iyo b (20 × 20 μm2). Qiimaha RMS ee NGF ee loo wareejiyay substrate-ka SiO2/Si (RMS < 2 nm) ayaa si weyn uga hooseeya (qiyaastii 3 jeer) kan NGF ee lagu beeray Ni (Jaantuska SI2), taasoo muujinaysa in qallafsanaanta dheeraadka ah ay la mid noqon karto dusha sare ee Ni. Intaa waxaa dheer, sawirrada AFM ee lagu sameeyay cidhifyada muunadaha FS- iyo BS-NGF/SiO2/Si waxay muujiyeen dhumucda NGF ee 100 iyo 80 nm, siday u kala horreeyaan (Jaantuska SI7). Dhumucda yar ee BS-NGF waxay noqon kartaa natiijo ka dhalatay dusha sare oo aan si toos ah loogu soo bandhigin gaaska horudhaca ah.
NGF-ga la wareejiyay (NiAG) oo aan lahayn polymer ku yaal wafer-ka SiO2/Si (fiiri Jaantuska 2c): (a,b) Sawirada SEM ee FS-NGF-ga la wareejiyay: weyneyn hoose iyo sare (oo u dhiganta afargeeska oranji ee guddiga). Meelaha caadiga ah) - a). (c,d) Sawirada SEM ee BS-NGF-ga la wareejiyay: weyneyn hoose iyo sare (oo u dhiganta aagga caadiga ah ee lagu muujiyay afargeeska oranji ee guddiga c). (e, f) Sawirada AFM ee FS- iyo BS-NGF-ga la wareejiyay. Fallaadha buluugga ah waxay matashaa gobolka FLG - isbarbardhig dhalaalaya, fallaadha cyan - isbarbardhigga MLG madow, fallaadha cas - isbarbardhigga madow waxay matashaa gobolka NGF, fallaadha magenta waxay matashaa laalaab.
Halabuurka kiimikada ee FS- iyo BS-NGF-yada la koray iyo kuwa la wareejiyay waxaa lagu falanqeeyay raajada sawir-qaadista sawir-qaadista (XPS) (Jaantuska 4). Meel daciif ah ayaa lagu arkay spectra-ka la cabbiray (Jaantuska 4a, b), oo u dhiganta substrate-ka Ni (850 eV) ee FS- iyo BS-NGF-yada la koray (NiAG). Ma jiraan meel sare oo ku jirta spectra-ka la cabbiray ee FS- iyo BS-NGF/SiO2/Si la wareejiyay (Jaantuska 4c; natiijooyin la mid ah BS-NGF/SiO2/Si lama muujin), taasoo muujinaysa inaysan jirin wasakh Ni ah oo harsan ka dib wareejinta. Jaantusyada 4d–f waxay muujinayaan spectra-ka xallinta sare ee heerarka tamarta C 1 s, O 1 s iyo Si 2p ee FS-NGF/SiO2/Si. Tamarta isku xidhka ee C 1 s ee graphite waa 284.4 eV53.54. Qaabka toosan ee meelaha ugu sarreeya ee garaafka waxaa guud ahaan loo arkaa inay yihiin kuwo aan sinnayn, sida ku cad Jaantuska 4d54. Heerka sare ee heerka dhexe ee xallinta sare ee C 1 s (Jaantuska 4d) ayaa sidoo kale xaqiijiyay wareejinta saafiga ah (tusaale ahaan, ma jiraan haraaga polymer), taas oo la jaanqaadaysa daraasadihii hore38. Ballaca xariiqda ee muuqaalka C 1 s ee muunadda cusub ee la koray (NiAG) iyo ka dib wareejinta waa 0.55 iyo 0.62 eV, siday u kala horreeyaan. Qiimahani wuxuu ka sarreeyaa kuwa SLG (0.49 eV ee SLG ee substrate SiO2)38. Si kastaba ha ahaatee, qiimayaashani way ka yar yihiin ballaca xariiqda hore loo soo sheegay ee muunadaha graphene pyrolytic ee aadka u jihaysan (~0.75 eV)53,54,55, taasoo muujinaysa maqnaanshaha goobaha kaarboon ee cilladaysan ee ku jira walxaha hadda jira. Ballaca heerka dhulka ee C 1 s iyo O 1 s sidoo kale ma laha garbaha, taasoo meesha ka saaraysa baahida loo qabo kala-goynta ugu sarreysa ee xallinta sare54. Waxaa jira π → π* ugu sarreeya dayax-gacmeedka qiyaastii 291.1 eV, kaas oo inta badan lagu arko muunadaha garaafka. Calaamadaha eV ee 103 eV iyo 532.5 ee ku jira heerka asaasiga ah ee Si 2p iyo O 1s (fiiri Jaantuska 4e, f) waxaa loo aaneeyaa substrate-ka SiO2 56, siday u kala horreeyaan. XPS waa farsamo xasaasi ah oo dusha sare ah, sidaa darteed calaamadaha u dhigma Ni iyo SiO2 ee la ogaaday ka hor iyo ka dib wareejinta NGF, siday u kala horreeyaan, waxaa loo malaynayaa inay ka soo jeedaan gobolka FLG. Natiijooyin la mid ah ayaa lagu arkay muunadaha BS-NGF ee la wareejiyay (lama muujin).
Natiijooyinka NiAG XPS: (ac) Sahanka muuqaalka ee isku-dhafka atomka ee kala duwan ee FS-NGF/Ni ee koray, BS-NGF/Ni iyo FS-NGF/SiO2/Si ee la wareejiyay, siday u kala horreeyaan. (d–f) Muuqaallo xallin sare leh oo heerarka asaasiga ah C 1 s, O 1s iyo Si 2p oo ah muunadda FS-NGF/SiO2/Si.
Tayada guud ee kiristaalo NGF ah oo la wareejiyay waxaa lagu qiimeeyay iyadoo la adeegsanayo kala-soocidda X-ray (XRD). Qaababka caadiga ah ee XRD (Jaantuska SI8) ee FS- iyo BS-NGF/SiO2/Si ee la wareejiyay waxay muujinayaan jiritaanka meelaha ugu sarreeya ee kala-soocidda (0 0 0 2) iyo (0 0 0 4) 26.6° iyo 54.7°, oo la mid ah garaafiga. . Tani waxay xaqiijinaysaa tayada sare ee kiristaalka ee NGF waxayna u dhigantaa masaafada lakabka dhexdooda ah ee d = 0.335 nm, taas oo la ilaaliyo ka dib tallaabada wareejinta. Xoogga ugu sarreeya ee kala-soocidda (0 0 0 2) waa qiyaastii 30 jeer ka sarreeya heerka kala-soocidda (0 0 0 4), taasoo muujinaysa in diyaaradda kiristaalka ee NGF ay si fiican ula jaanqaadayso dusha sare ee muunadda.
Sida laga soo xigtay natiijooyinka SEM, Raman spectroscopy, XPS iyo XRD, tayada BS-NGF/Ni waxaa la ogaaday inay la mid tahay tan FS-NGF/Ni, inkastoo qallafsanaanteeda rms ay xoogaa ka sarreysay (Jaantusyada SI2, SI5) iyo SI7).
SLG-yada leh lakabyo taageero polymer ah oo dhumucdoodu tahay ilaa 200 nm ayaa ku dul sabbeyn kara biyaha. Dejintan waxaa si caadi ah loogu isticmaalaa hababka wareejinta kiimikada qoyan ee polymer-ka lagu caawiyo22,38. Graphene iyo graphite waa hydrophobic (xagasha qoyan 80–90°) 57. Dusha sare ee tamarta suurtagalka ah ee graphene iyo FLG labadaba waxaa la soo sheegay inay aad u siman yihiin, iyadoo tamar yar oo suurtagal ah (~1 kJ/mol) loogu talagalay dhaqdhaqaaqa dhinaca ee biyaha ee dusha sare58. Si kastaba ha ahaatee, tamarta isdhexgalka ee la xisaabiyay ee biyaha ee graphene iyo saddex lakab oo graphene ah waa qiyaastii − 13 iyo − 15 kJ/mol,58 siday u kala horreeyaan, taasoo muujinaysa in isdhexgalka biyaha ee NGF (qiyaastii 300 lakab) uu ka hooseeyo marka loo eego graphene. Tani waxay noqon kartaa mid ka mid ah sababaha NGF-ga iskiis u taagan uu ugu sii jiro siman dusha sare ee biyaha, halka graphene-ka iskiis u taagan (kaas oo ku dul sabeynaya biyaha) uu soo laabanayo oo uu burburayo. Marka NGF si buuxda loogu dhex milmo biyaha (natiijooyinka waa isku mid NGF qallafsan oo siman), geesaha ayaa qalloocan (Jaantuska SI4). Marka si buuxda loo dhex geliyo biyaha, waxaa la filayaa in tamarta isdhexgalka biyaha ee NGF-ga ay ku dhawaad labanlaabanto (marka la barbar dhigo NGF-ga sabeynaya) iyo in cidhifyada NGF ay laabmaan si ay u ilaaliyaan xagal taabasho sare leh (biyo-qabatin). Waxaan aaminsanahay in istaraatiijiyado la samayn karo si looga fogaado in la laalaabo cidhifyada NGF-yada ku jira. Hal hab ayaa ah in la isticmaalo dareere isku dhafan si loo habeeyo falcelinta qoyaanka ee filimka garaafka59.
Wareejinta SLG ee noocyada kala duwan ee substrates iyada oo loo marayo hababka wareejinta kiimikada qoyan ayaa hore loo soo sheegay. Guud ahaan waxaa la aqbalay in awoodaha daciifka ah ee van der Waals ay ka jiraan inta u dhaxaysa filimada graphene/graphite iyo substrates (ha ahaato substrates adag sida SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si tiirar22 iyo filimada kaarboonka lacy30, 34 ama substrates dabacsan sida polyimide 37). Halkan waxaan u qaadaneynaa in isdhexgalka nooca isku midka ah uu aad u sarreeyo. Ma aanan arag wax dhaawac ah ama diirka NGF ee mid ka mid ah substrates-ka halkan lagu soo bandhigay inta lagu jiro maaraynta farsamada (inta lagu jiro sifeynta xaaladaha faakiyuumka iyo/ama jawiga ama inta lagu jiro kaydinta) (tusaale ahaan, Jaantuska 2, SI7 iyo SI9). Intaa waxaa dheer, ma aanan arag heerka ugu sarreeya ee SiC ee XPS C 1 s spectrum ee heerka asaasiga ah ee muunadda NGF/SiO2/Si (Jaantuska 4). Natiijooyinkani waxay muujinayaan in uusan jirin xiriir kiimiko oo u dhexeeya NGF iyo substrates-ka bartilmaameedka ah.
Qaybtii hore, "Wareejinta aan Polymer-ka lahayn ee FS- iyo BS-NGF," waxaan ku tusnay in NGF ay kori karto oo ay ku wareejin karto labada dhinac ee foil-ka nikkel. FS-NGF-yadan iyo BS-NGF-yadu isku mid ma aha marka loo eego qallafsanaanta dusha sare, taasoo naga dhigtay inaan sahamino codsiyada ugu habboon nooc kasta.
Marka la eego hufnaanta iyo dusha sare ee siman ee FS-NGF, waxaan si faahfaahsan u barannay qaab-dhismeedka maxalliga ah, sifooyinka indhaha iyo korontada. Qaab-dhismeedka iyo qaab-dhismeedka FS-NGF iyada oo aan lahayn wareejinta polymer waxaa lagu gartaa sawir-qaadista elektaroonigga gudbinta (TEM) iyo falanqaynta qaabka kala-soocidda elektaroonigga aagga ee la doortay (SAED). Natiijooyinka u dhigma waxaa lagu muujiyey Jaantuska 5. Sawirka TEM ee qorshaha hoose ee weynaynta ayaa muujiyay joogitaanka gobollada NGF iyo FLG oo leh astaamo kala duwan oo kala duwan oo elektaroonik ah, tusaale ahaan meelaha madow iyo kuwa dhalaalaya, siday u kala horreeyaan (Jaantuska 5a). Filimku guud ahaan wuxuu muujinayaa hufnaan farsamo oo wanaagsan iyo xasillooni u dhaxaysa gobollada kala duwan ee NGF iyo FLG, iyadoo leh is-dulsaar wanaagsan oo aan lahayn waxyeello ama jeexjeex, taas oo sidoo kale lagu xaqiijiyay SEM (Jaantuska 3) iyo daraasadaha weynaynta sare ee TEM (Jaantuska 5c-e). Gaar ahaan, Jaantuska 5d wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka buundada qaybteeda ugu weyn (booska lagu calaamadeeyay fallaadha dhibcaha madow ee Jaantuska 5d), kaas oo lagu garto qaab saddex-xagal ah wuxuuna ka kooban yahay lakab graphene oo ballaciisu yahay qiyaastii 51. Halabuurka leh kala-fogaansho 0.33 ± 0.01 nm ah ayaa si dheeraad ah loogu dhimay dhowr lakab oo graphene ah oo ku yaal gobolka ugu cidhiidhisan (dhammaadka fallaadha madow ee adag ee Jaantuska 5 d).
Sawirka TEM ee qorshaysan ee muunadda NiAG ee aan polymer-ka lahayn ee ku taal shabagga naxaasta ee kaarboon-lacy: (a, b) Sawirada TEM ee weynaynta hooseeya oo ay ku jiraan gobollada NGF iyo FLG, (ce) Sawirada weynaynta sare ee gobollada kala duwan ee ku jira guddiga-a iyo guddiga-b waxaa lagu calaamadeeyay fallaadho isku midab ah. Fallaadhaha cagaaran ee ku jira guddiyada a iyo c waxay muujinayaan meelaha wareegsan ee burburka inta lagu jiro isku-xidhka alwaaxa. (f–i) Guddiyada a ilaa c, qaababka SAED ee gobollada kala duwan waxaa lagu calaamadeeyay goobo buluug, cyan, oranji, iyo casaan ah, siday u kala horreeyaan.
Qaab-dhismeedka xarigga ee Jaantuska 5c wuxuu muujinayaa (oo lagu calaamadeeyay fallaadho cas) jihada toosan ee diyaaradaha shabagga garaafka, taasoo laga yaabo inay sabab u tahay sameynta nanofolds oo ku teedsan filimka (lagu dhejiyay Jaantuska 5c) sababtoo ah cadaadiska jarista oo aan la magdhabin30,61,62. Marka la eego TEM-ka xallinta sare leh, nanofolds-kan 30 waxay muujinayaan jihayn kiristaallo oo ka duwan gobolka kale ee NGF; diyaaradaha salka ee shabagga garaafka waxay u jeedaan si toosan, halkii ay si toosan u ahaan lahaayeen sida inta kale ee filimka (lagu dhejiyay Jaantuska 5c). Sidoo kale, gobolka FLG mararka qaarkood wuxuu muujiyaa laalaabyo toosan iyo kuwo cidhiidhi ah oo u eg band (oo lagu calaamadeeyay fallaadho buluug ah), kuwaas oo ka muuqda weyneyn hoose iyo dhexdhexaad ah Jaantusyada 5b, 5e, siday u kala horreeyaan. Qaybta hoose ee Jaantuska 5e waxay xaqiijinaysaa joogitaanka lakabka graphene laba iyo saddex lakab ah ee qaybta FLG (masaafada u dhaxaysa 0.33 ± 0.01 nm), taas oo si fiican ula jaanqaadaysa natiijooyinkeennii hore30. Intaa waxaa dheer, sawirada SEM ee la duubay ee NGF-ka aan polymer-ka lahayn ee loo wareejiyay shabagyada naxaasta ah oo leh filimaan kaarboon oo lacy ah (ka dib marka la sameeyo cabbiraadaha TEM-ka ee muuqaalka sare) ayaa lagu muujiyay Jaantuska SI9. Gobolka FLG ee si fiican loo hakiyey (oo lagu calaamadeeyay fallaar buluug ah) iyo gobolka jabay ee Jaantuska SI9f. Fallaadhaha buluugga ah (ee ku yaal geeska NGF-ka la wareejiyay) ayaa si ula kac ah loo soo bandhigay si loo muujiyo in gobolka FLG uu iska caabin karo habka wareejinta iyada oo aan lahayn polymer. Marka la soo koobo, sawirradani waxay xaqiijinayaan in NGF-ga qayb ahaan la hakiyey (oo ay ku jirto gobolka FLG) uu ilaaliyo hufnaanta farsamada xitaa ka dib marka si adag loo maareeyo oo loo soo bandhigo faaruq sare inta lagu jiro cabbiraadaha TEM iyo SEM (Jaantuska SI9).
Sababtoo ah fidsanaanta NGF ee aadka u fiican (fiiri Jaantuska 5a), ma aha wax adag in la jiheeyo jajabyada ku teedsan dhidibka domainka [0001] si loo falanqeeyo qaab-dhismeedka SAED. Iyada oo ku xidhan dhumucda maxalliga ah ee filimka iyo goobtiisa, dhowr gobol oo xiiso leh (12 dhibcood) ayaa loo aqoonsaday daraasadaha kala-soocidda elektaroonigga. Jaantusyada 5a-c, afar ka mid ah gobolladan caadiga ah ayaa la muujiyay oo lagu calaamadeeyay goobo midab leh (buluug, cyan, oranji, iyo casaan la calaamadeeyay). Jaantusyada 2 iyo 3 ee qaabka SAED. Jaantusyada 5f iyo g waxaa laga helay gobolka FLG ee lagu muujiyay Jaantusyada 5 iyo 5. Sida lagu muujiyay Jaantusyada 5b iyo c, siday u kala horreeyaan. Waxay leeyihiin qaab-dhismeed lix-geesood ah oo la mid ah graphene qalloocan 63. Gaar ahaan, Jaantuska 5f wuxuu muujinayaa saddex qaab oo dul saaran oo leh jihayn isku mid ah oo ka mid ah dhidibka aagga [0001], oo lagu wareejiyay 10° iyo 20°, sida lagu caddeeyay is-waafaqla'aanta xagasha ee saddexda lammaane ee milicsiga (10-10). Sidoo kale, Jaantuska 5g wuxuu muujinayaa laba qaab oo lix geesle ah oo kor loo qaaday oo lagu wareejiyay 20°. Laba ama saddex kooxood oo qaabab lix geesle ah oo ku yaal gobolka FLG waxay ka soo bixi karaan saddex lakab oo graphene ah oo gudaha ama dibadda ah 33 oo isku wareegaya marka loo eego midba midka kale. Taas bedelkeeda, qaababka kala-soocidda elektarooniga ee Jaantuska 5h,i (oo u dhiganta gobolka NGF ee lagu muujiyay Jaantuska 5a) waxay muujinayaan hal qaab [0001] oo leh guud ahaan xoojinta kala-soocidda dhibicda sare, oo u dhiganta dhumuc weyn oo walxo ah. Moodooyinkan SAED waxay u dhigmaan qaab-dhismeed garaafik ah oo ka dhumuc weyn iyo jihayn dhexdhexaad ah marka loo eego FLG, sida laga soo xigtay tusmada 64. Astaamaha sifooyinka kirismaska ee NGF waxay muujiyeen wada noolaanshaha laba ama saddex kiristaal graphite (ama graphene) oo kor loo qaaday. Waxa si gaar ah loogu xusay gobolka FLG waa in kirismaska ay leeyihiin heer gaar ah oo ah marin-habaabin gudaha ama dibadda ah. Qaybaha/lakabyada garaafitka leh xagasha wareegga ee gudaha diyaaradda ee 17°, 22° iyo 25° ayaa hore loogu soo sheegay NGF lagu beeray filimada Ni 64. Qiimaha xagasha wareegga ee lagu arkay daraasaddan waxay la jaan qaadayaan xagasha wareegga ee hore loo arkay (±1°) ee garaafitka BLG63 ee qalloocan.
Sifooyinka korantada ee NGF/SiO2/Si waxaa lagu cabiray 300 K meel u jirta 10×3 mm2. Qiimaha fiirsashada side elektarooniga ah, dhaqdhaqaaqa iyo wadista waa 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 iyo 2000 S-cm-1, siday u kala horreeyaan. Qiimaha dhaqdhaqaaqa iyo wadista ee NGF-geennu waxay la mid yihiin graphite dabiiciga ah2 waxayna ka sarreeyaan graphite pyrolytic oo si heer sare ah loo heli karo (oo lagu soo saaray 3000 °C)29. Qiimaha fiirsashada side elektarooniga ah ee la arkay waa laba heer oo cabbirkoodu ka sarreeyo kuwa dhawaan la soo sheegay (7.25 × 10 cm-3) ee filimada graphite ee dhumucdiisu tahay micron-ka oo lagu diyaariyey xaashida polyimide heerkulka sare (3200 °C) 20.
Waxaan sidoo kale sameynay cabbiraadaha gudbinta UV-ga ee FS-NGF ee loo wareejiyay substrate-ka quartz (Jaantuska 6). Jaantuska ka soo baxay wuxuu muujinayaa gudbinta ku dhawaad joogto ah oo ah 62% inta u dhaxaysa 350-800 nm, taasoo muujinaysa in NGF ay tahay mid hufan oo u gudubta iftiinka muuqda. Xaqiiqdii, magaca "KAUST" waxaa lagu arki karaa sawirka dijitaalka ah ee muunadda Jaantuska 6b. Inkasta oo qaab-dhismeedka nanocrystalline ee NGF uu ka duwan yahay kan SLG, tirada lakabyada waxaa lagu qiyaasi karaa qiyaas ahaan iyadoo la adeegsanayo qaanuunka 2.3% luminta gudbinta lakabka dheeraadka ah 65. Sida laga soo xigtay xiriirkan, tirada lakabyada graphene oo leh 38% luminta gudbinta waa 21. NGF-ga koray wuxuu inta badan ka kooban yahay 300 lakab oo graphene ah, tusaale ahaan qiyaastii 100 nm dhumucdiisuna tahay (Jaantuska 1, SI5 iyo SI7). Sidaa darteed, waxaan u qaadaneynaa in hufnaanta indhaha ee la arkay ay la mid tahay gobollada FLG iyo MLG, maadaama ay ku baahsan yihiin filimka oo dhan (Jaantusyada 1, 3, 5 iyo 6c). Marka laga soo tago xogta qaab-dhismeedka ee kor ku xusan, gudbinta iyo hufnaanta ayaa sidoo kale xaqiijinaya tayada sare ee crystalline ee NGF-ga la wareejiyay.
(a) Cabbirka gudbinta UV-ga ee la arki karo, (b) wareejinta caadiga ah ee NGF ee quartz iyadoo la adeegsanayo muunad wakiil ah. (c) Shaxda NGF (sanduuqa madow) oo leh si siman u baahsan gobollada FLG iyo MLG oo loo calaamadeeyay qaabab cawlan oo aan kala sooc lahayn oo dhan muunadda (fiiri Jaantuska 1) (qiyaastii 0.1–3% aagga 100 μm2 kasta). Qaababka aan kala sooca lahayn iyo cabbirradooda jaantuska waa ujeeddooyin tusaale ah oo keliya mana u dhigmaan meelaha dhabta ah.
NGF-ga Translucent-ka ah ee uu kobciyo CVD ayaa hore loogu wareejiyay dusha sare ee silicon-ka qaawan waxaana loo isticmaalaa unugyada qorraxda15,16. Waxtarka beddelka awoodda ee ka dhasha (PCE) waa 1.5%. NGF-yadani waxay qabtaan hawlo badan sida lakabyada isku-dhafka ah ee firfircoon, waddooyinka gaadiidka dallacaadda, iyo elektroodhada hufan15,16. Si kastaba ha ahaatee, filimka garaafka isku mid ma aha. Hagaajin dheeraad ah ayaa lagama maarmaan ah iyadoo si taxaddar leh loo xakameeyo iska caabbinta xaashida iyo gudbinta indhaha ee elektroodka garaafka, maadaama labadan sifooyin ay door muhiim ah ka ciyaaraan go'aaminta qiimaha PCE ee unugyada qorraxda15,16. Caadi ahaan, filimada garaafka waa 97.7% hufan oo iftiin muuqda leh, laakiin waxay leeyihiin iska caabbinta xaashida oo ah 200-3000 ohms/sq.16. Iska caabbinta dusha sare ee filimada garaafka waxaa lagu yarayn karaa iyadoo la kordhinayo tirada lakabyada (wareejinta badan ee lakabyada garaafka) iyo ku darista HNO3 (~30 Ohm/sq.)66. Si kastaba ha ahaatee, habkani wuxuu qaataa waqti dheer lakabyada kala duwan ee wareejinta had iyo jeer ma ilaaliyaan xiriir wanaagsan. NGF-ga dhinaca hore wuxuu leeyahay sifooyin sida gudbinta 2000 S/cm, iska caabbinta xaashida filimka 50 ohm/sq. iyo 62% hufnaan, taasoo ka dhigaysa beddel macquul ah oo loogu talagalay kanaallada gudbiya ama elektroodhada ka soo horjeeda unugyada qorraxda15,16.
In kasta oo qaab-dhismeedka iyo kiimikada dusha sare ee BS-NGF ay la mid yihiin FS-NGF, haddana qallafsanaanteedu way ka duwan tahay ("Kobaca FS- iyo BS-NGF"). Hore, waxaan u adeegsan jirnay graphite22 filim aad u khafiif ah sida dareemaha gaaska. Sidaa darteed, waxaan tijaabinay suurtagalnimada isticmaalka BS-NGF ee hawlaha dareemaha gaaska (Jaantuska SI10). Marka hore, qaybo cabbirkoodu yahay mm2 oo ah BS-NGF ayaa loo wareejiyay jajabka dareemaha elektiroodhka ee isdhaafsan (Jaantuska SI10a-c). Faahfaahinta wax soo saarka ee jajabka ayaa hore loo soo sheegay; aaggeeda xasaasiga ah ee firfircoon waa 9 mm267. Sawirada SEM (Jaantuska SI10b iyo c), elektiroodhka dahabka ah ee hoose ayaa si cad looga arki karaa NGF. Mar labaad, waxaa la arki karaa in daboolida jajabka ee isku midka ah la gaaray dhammaan muunadaha. Cabbiraadaha dareemayaasha gaaska ee gaasaska kala duwan ayaa la duubay (Jaantuska SI10d) (Jaantuska SI11) heerarka jawaab celinta ee ka dhashayna waxaa lagu muujiyay Jaantusyada SI10g. Waxay u badan tahay inay la socdaan gaasas kale oo faragelin ku sameeya oo ay ku jiraan SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) iyo NH3 (200 ppm). Mid ka mid ah sababaha suurtagalka ah waa dabeecadda elektaroonigga ah ee NO2. Marka lagu nuugo dusha sare ee graphene, waxay yareysaa nuugista hadda ee elektaroonada nidaamka. Isbarbardhigga xogta waqtiga jawaabta ee dareemaha BS-NGF oo leh dareemayaal hore loo daabacay ayaa lagu soo bandhigay Shaxda SI2. Habka dib loogu hawlgelinayo dareemayaasha NGF iyadoo la adeegsanayo balaasmaha UV, balaasmaha O3 ama daaweynta kuleylka (50–150°C) ee muunadaha la soo bandhigay waa mid socda, si fiicanna waxaa ku xiga hirgelinta nidaamyada ku dhex jira69.
Inta lagu jiro habka CVD, koritaanka graphene wuxuu ka dhacaa labada dhinac ee substrate-ka kiciyaha41. Si kastaba ha ahaatee, BS-graphene badanaa waa la soo saaraa inta lagu jiro habka wareejinta41. Daraasaddan, waxaan ku muujineynaa in koritaanka NGF ee tayo sare leh iyo wareejinta NGF ee aan polymer-ka lahayn lagu gaari karo labada dhinac ee taageerada kiciyaha. BS-NGF waa ka khafiifsan yahay (~80 nm) marka loo eego FS-NGF (~100 nm), farqiganna waxaa lagu sharraxay xaqiiqda ah in BS-Ni uusan si toos ah ugu soo gaarin socodka gaaska ee horudhaca ah. Waxaan sidoo kale ogaanay in qallafsanaanta substrate-ka NiAR ay saamayso qallafsanaanta NGF. Natiijooyinkani waxay muujinayaan in FS-NGF-ga la koray ee loo isticmaali karo sidii walxo horudhac ah oo loogu talagalay graphene (iyadoo loo marayo habka saarista70) ama kanaalka gudbiyaha ee unugyada qorraxda15,16. Taas bedelkeeda, BS-NGF waxaa loo isticmaali doonaa ogaanshaha gaaska (Jaantuska SI9) iyo suurtogalnimada nidaamyada kaydinta tamarta71,72 halkaas oo qallafsanaanteeda dusha sare ay faa'iido yeelan doonto.
Marka la eego kor ku xusan, waxaa faa'iido leh in la isku daro shaqada hadda jirta iyo filimada garaafka ee hore loo daabacay oo ay beeratay CVD iyo iyadoo la isticmaalayo foil nikkel. Sida laga arki karo Shaxda 2, cadaadiska sare ee aan isticmaalnay ayaa gaabiyay wakhtiga falcelinta (marxaladda koritaanka) xitaa heerkul hooseeya (inta u dhaxaysa 850–1300 °C). Waxaan sidoo kale gaarnay kobac ka weyn sidii caadiga ahayd, taasoo muujinaysa suurtagalnimada ballaarinta. Waxaa jira arrimo kale oo la tixgelinayo, kuwaas oo qaarkood aan ku darnay jadwalka.
NGF tayo sare leh oo laba-dhinac leh ayaa lagu beeray foil nikkel ah iyadoo la adeegsanayo CVD-ga katalytic. Iyadoo la tirtirayo substrate-ka polymer-ka dhaqameed (sida kuwa loo isticmaalo CVD graphene), waxaan gaarnaa wareejin qoyan oo nadiif ah oo aan cillad lahayn oo NGF ah (oo lagu beero dhinacyada dambe iyo hore ee foil nikkel) una gudubno noocyo kala duwan oo substrate-yo muhiim u ah habka. Si gaar ah, NGF waxay ka kooban tahay gobollada FLG iyo MLG (badanaa 0.1% ilaa 3% 100 µm2 kasta) kuwaas oo si qaabaysan ugu dhex milmay filimka qaro weyn. TEM-ka qorshaysan wuxuu muujinayaa in gobolladani ay ka kooban yihiin tuulmooyin laba ilaa saddex qaybood oo graphite/graphene ah (kiristaal ama lakab, siday u kala horreeyaan), kuwaas oo qaarkood ay leeyihiin is-waafaq la'aan wareeg ah oo ah 10-20°. Gobollada FLG iyo MLG ayaa mas'uul ka ah hufnaanta FS-NGF ilaa iftiinka la arki karo. Marka laga hadlayo xaashiyaha dambe, waxaa loo qaadi karaa si barbar socda xaashiyaha hore, sida la muujiyay, waxay yeelan karaan ujeedo shaqo (tusaale ahaan, ogaanshaha gaaska). Daraasadahani aad bay waxtar ugu leeyihiin yaraynta qashinka iyo kharashyada hababka CVD ee warshadaha.
Guud ahaan, celceliska dhumucda CVD NGF waxay u dhaxaysaa xaashida graphene (lakab hoose iyo lakab badan) iyo xaashida graphite-ka warshadaha (micrometer). Kala duwanaanshaha sifooyinka xiisaha leh, oo ay weheliso habka fudud ee aan u horumarinnay wax soo saarkooda iyo gaadiidkooda, ayaa filimadan ka dhigaya kuwo si gaar ah ugu habboon codsiyada u baahan jawaabta shaqaynaysa ee graphite, iyada oo aan kharash ku bixin hababka wax soo saarka warshadaha ee tamarta badan leh ee hadda la isticmaalo.
Fooli nikkel ah oo dhumucdiisu tahay 25-μm (99.5% saafinimo, Goodfellow) ayaa lagu rakibay fal-galiye CVD ganacsi (Aixtron 4-inch BMPro). Nidaamka waxaa lagu nadiifiyay argon waxaana loo daadgureeyay cadaadis saldhig ah oo ah 10-3 mbar. Kadibna fooli nikkel ah ayaa la dhigay. Ar/H2 (Ka dib markii la sii daayay fooli Ni muddo 5 daqiiqo ah, fooli waxaa la saaray cadaadis ah 500 mbar oo heerkul ah 900 °C. NGF waxaa lagu shubay socod ah CH4/H2 (100 cm3 midkiiba) muddo 5 daqiiqo ah. Muunadda ayaa markaa la qaboojiyey heerkul ka hooseeya 700 °C iyadoo la isticmaalayo socodka Ar (4000 cm3) oo heerkul ah 40 °C/daqiiqo. Faahfaahinta ku saabsan hagaajinta habka koritaanka NGF waxaa lagu sharaxay meel kale30.
Qaab-dhismeedka dusha sare ee muunadda waxaa lagu sawiray SEM iyadoo la adeegsanayo mikroskoobka Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA). Qalafsanaanta dusha sare ee muunadda iyo dhumucda NGF waxaa lagu cabbiray AFM (Cabbirka Icon SPM, Bruker). Cabbiraadaha TEM iyo SAED waxaa lagu sameeyay mikroskoob FEI Titan 80–300 Cubed ah oo lagu qalabeeyay qori iftiimaya oo goobta ka baxaya (300 kV), monochromator nooca FEI Wien ah iyo sixaha isku-dhafka ah ee muraayadaha CEOS si loo helo natiijooyinka kama dambaysta ah. xallinta booska 0.09 nm. Muunadaha NGF waxaa loo wareejiyay shabagyo naxaas ah oo kaarboon ah oo loogu talagalay sawir-qaadista TEM ee fidsan iyo falanqaynta qaab-dhismeedka SAED. Sidaa darteed, inta badan flocs-ka muunadda waxaa lagu dhejiyay daloolada xuubka taageerada. Muunadaha NGF ee la wareejiyay waxaa falanqeeyay XRD. Qaababka kala-soocidda raajada X-ray waxaa lagu helay iyadoo la isticmaalayo qalab lagu cabbiro budada (Brucker, D2 phase shifter oo leh isha Cu Kα, 1.5418 Å iyo LYNXEYE detector) iyadoo la isticmaalayo ilo shucaaca Cu oo leh dhexroor barta beylka ah oo ah 3 mm.
Dhowr cabbir oo Raman ah ayaa la duubay iyadoo la adeegsanayo mikroskoob isku dhafan (Alpha 300 RA, WITEC). Laysar 532 nm ah oo leh awood kicin yar (25%) ayaa la isticmaalay si looga fogaado saameynta kuleylka. Sawirka sawir-qaadista sawir-qaadista X-ray (XPS) ayaa lagu sameeyay Kratos Axis Ultra spectrometer meel muunad ah oo ah 300 × 700 μm2 iyadoo la adeegsanayo shucaaca Al Kα ee monochromatic (hν = 1486.6 eV) oo leh awood 150 W. Jaantusyada xallinta waxaa laga helay tamarta gudbinta ee 160 eV iyo 20 eV, siday u kala horreeyaan. Shaybaarada NGF ee loo wareejiyay SiO2 waxaa loo jaray qaybo (3 × 10 mm2 midkiiba) iyadoo la isticmaalayo leysar fiber PLS6MW (1.06 μm) oo ah 30 W. Xiriirada fiilooyinka naxaasta ah (50 μm dhumucdiis) waxaa lagu sameeyay iyadoo la isticmaalayo koollo qalin ah oo hoos yimaada mikroskoobka indhaha. Tijaabooyinka gaadiidka korontada iyo saameynta hoolka ayaa lagu sameeyay muunadokan 300 K iyo kala duwanaansho goob birlab ah oo ah ± 9 Tesla oo ku jirta nidaamka cabbirka sifooyinka jirka (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA). Muuqaallada UV-vis ee la gudbiyay waxaa lagu duubay iyadoo la isticmaalayo mitirka Lambda 950 UV-vis ee nooca NGF ee 350-800 nm oo loo wareejiyay substrates-ka quartz iyo muunado tixraac ah oo quartz ah.
Dareemaha iska caabbinta kiimikada (jeex elektroodka isku dhafan) ayaa lagu xidhay guddi wareeg oo daabacan oo gaar ah 73, iska caabbintana si ku meel gaar ah ayaa looga soo saaray. Guddi wareeg oo daabacan oo qalabku ku yaal ayaa ku xiran terminaalka xiriirka waxaana la dhigay gudaha qolka dareemayaasha gaaska 74. Cabbiraadaha iska caabbinta waxaa lagu qaaday danab 1 V ah iyadoo la adeegsanayo sawir joogto ah laga bilaabo nadiifinta ilaa soo-gaadhista gaaska ka dibna mar kale la nadiifiyo. Qolka waxaa markii hore lagu nadiifiyay iyadoo lagu nadiifinayo nitrogen 200 cm3 muddo 1 saac ah si loo hubiyo in laga saaro dhammaan falanqeeyayaasha kale ee ku jira qolka, oo ay ku jiraan qoyaanka. Falanqeeyayaasha shaqsiyeed ayaa markaa si tartiib tartiib ah loogu sii daayay qolka isla heerka socodka 200 cm3 iyadoo la xirayo silinda N2.
Nooc dib loo eegay oo maqaalkan ah ayaa la daabacay waxaana laga heli karaa xiriirka sare ee maqaalka.
Inagaki, M. iyo Kang, F. Sayniska iyo Injineerinka Qalabka Kaarboonka: Aasaaska. Daabacaadda labaad oo wax laga beddelay. 2014. 542.
Pearson, HO Buug-gacmeedka Kaarboon, Garaafit, Dheeman iyo Fullerenes: Sifooyinka, Habaynta iyo Codsiyada. Daabacaaddii ugu horreysay waa la tafatiray. 1994, New Jersey.
Tsai, W. et al. Filimada graphene/graphite ee lakabka badan leh oo baaxad weyn leh sida elektroodhyo khafiif ah oo hufan oo gudbiya. codsiga. fiisikiska. Wright. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA Sifooyinka kulaylka ee graphene iyo walxaha kaarboonka ee nanostructured. Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW iyo Cahill DG Qabsashada kulaylka ee filimada graphite ee lagu beero Ni (111) iyadoo la adeegsanayo kaydinta uumiga kiimikada heerkulka hooseeya. fal-gal. Matt. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Kobaca joogtada ah ee filimada graphene iyadoo la adeegsanayo kaydinta uumiga kiimikada. codsiga. fiisikiska. Wright. 98(13), 133106(2011).
Waqtiga boostada: Agoosto-23-2024